DE962960C

DE962960C - Process for consolidating and sealing soil formations and masonry

Info

Publication number: DE962960C
Application number: DED14535A
Authority: DE
Inventors: Dr Karl Fischer; Ernst Streckebach; Herbert Sydow
Original assignee: Deutsche Erdoel AG
Current assignee: Wintershall Dea Deutschland AG
Priority date: 1953-03-11
Filing date: 1953-03-11
Publication date: 1957-05-02

Description

Verfahren zur Verfestigung und Abdichtung von Bodenformationen und Mauerwerken Zur Verfestigung und Abdichtung von Bodenformationen und Mauerwerken werden in den Boden oder in das Mauerwerk Verfestigungsmittel eingepreßt. Bei manchen Verfahren bestehen diese aus Bitumenemulsionen oder aus selbsthärtenden Kunststoffen. In den meisten. Fällen verwendet man jedoch Zementsuspensionen oder Wasserglaslös,ungen, die mit einem nachgedrückten FälIungsmittel erhärtet werden. Da man hierbei zwei Lösungen benötigt, besteht die Gefahr, daß die beiden verschiedene Viskositäten besitzenden. Lösungen verschiedene Wege gehen,- oder daß die eine von der anderen verdrängt wird und nicht in genügender Menge in den Poren zurückbleibt.Process for the consolidation and sealing of soil formations and Masonry For consolidating and sealing soil formations and masonry Solidifying agents are pressed into the ground or into the masonry. With some Processes consist of bitumen emulsions or self-hardening plastics. In most. In cases, however, cement suspensions or water-glass solutions are used, which are hardened with a precipitant pressed in. Since there are two Solutions required, there is a risk that the two different viscosities owning. Solutions go different ways - or that one of the other is displaced and does not remain in the pores in sufficient quantities.

Bekannt ist auch die Verwendung eines sogenannten labilen Wasserglases, das durch Extrahieren von Zement mit verdünntem Wasserglas hergestellt wird.. Diese Herstellungsweise ist ziemlich kompliziert, und die Arbeitsweisse muß auf die jeweils verwendete Zementsorte abgestimmt werden. Dazu kommt, daß die. Lösungen einen nur geringen Gehalt an Festsubstanz aufweisen und dementsprechend nur zu geringen Festigkeiten des erstarrten Sols bzw. des damit verfestigten Bodens führen.The use of a so-called unstable water glass is also known, which is made by extracting cement with diluted water glass .. This The method of manufacture is rather complicated and the working method has to be adapted to each cement type used must be matched. In addition, the. Solutions are only one have low solids content and accordingly only too low strengths of the solidified sol or the solidified soil with it to lead.

Ein anderes bekanntes Verfahren macht sich die Tatsache zunutze, daß beim Ansäuern von Lösungen löslicher Silikate Sole entstehen, die erst nach gewisser Zeit in Abhängigkeit von den gewählten Konzentrationen zum Gel erstarren. Nach diesem Verfahren werden angesäuerte Lösungen von beispielsweise Wasserglas in die zu verfestigende Formation eingebracht. Das bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß es auf die Verwendung saurer Sole angewiesen ist und daher nicht in beliebigen Bodenformationen, z. B. in stark kalkhaltigen Böden, angewandt werden kann.Another known method makes use of the fact that when acidifying solutions of soluble silicates sols are formed, which only after a certain Time to solidify to form a gel, depending on the selected concentrations. After this Process acidified solutions of, for example, water glass in the to be solidified Formation introduced. However, the known method has the disadvantage that it is on the use of acidic brine is dependent and therefore not in any soil formations, z. B. in very calcareous soils can be used.

Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, die-Verfestigung undAbdichtung von Bodenformationen und Mauerwerk mit nur einer Lösung vorzunehmen und zu harten, tragfähigen und dichten Konkretionen zu kommen, wenn als Verfestigungsmittel eine kolloide Lösung von Aluminiumsilikat verwendet wird, deren Erstarrungszeit durch Änderung der Konzentration und des Verhältnisses von gi 02 zu A12 03 sowie durch Änderung des pH-Wertes der 'Lösung eingestellt werden kann. Gleichzeitig kann durch die vorgenannten Faktoren auch die Festigkeit des erhaltenen Gels bzw. der zu verfestigenden Formation beeinflußt werden.It has now been found that it is possible to die-solidify and seal of ground formations and masonry with just one solution and to hard, stable and dense concretions when used as a solidifying agent colloidal solution of aluminum silicate is used, whose solidification time is due Change of concentration and the ratio of gi 02 to A12 03 as well as by Change the pH of the 'solution can be adjusted. At the same time can through the aforementioned factors also affect the strength of the gel obtained or that to be solidified Formation can be influenced.

Die Verwendung von Aluminiumsilikatlösungen bzw. -suspensionen zum Abdichten und Verfestigen von Bodenschichten oder Mauerwerk ist an sich bekannt. Das bekannte Verfahren verwendet Suspensionen von Tonen, die mit Zusätzen von Soda peptisiert worden, sind und gegebenenfalls nach dem Einpressen von Elektrolyten wie Aluminiumsulfat, Natriumchlorid und Kalk niedergeschlagen werden. Der bekannte Vorschlag ist daher :im allgemeinen auf die aufeinanderfolgende Verwendung von zwei Lösungen angewiesen und bietet daher nicht die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere da es auch nicht die Abstimmung des Verhältnisses von Si 02 zu A12 O, in Anpassung an die gegebenen Verhältnisse und gewünschten Wirkungen gestattet, sondern an das im natürlichen Ton vorliegende Verhältnis gebunden ist. Es ist auch bekannt, Aluminiumsilikat enthaltende Lösungen zur Verhinderung von Frosteinwirkungen auf Zement- oder Kalkmörtel zu benutzen, wobei -dem Anmachwasser Lösungen zugesetzt werden, die neben großen Mengen Calciumchlorid nur ganz geringfügige Mengen von Alaun und Wasserglas enthalten. Diese Arbeitsweise gestattet nicht die Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich eine Verfestigung von Bodenformationen zu erzielen, da die Xon zentration der fällbaren verfestigenden Stoffe viel zu gering ist.The use of aluminum silicate solutions or suspensions for Sealing and consolidating soil layers or masonry is known per se. The known method uses suspensions of clays with additives of soda have been peptized, and optionally after the injection of electrolytes such as aluminum sulfate, sodium chloride and lime are precipitated. The known The suggestion is therefore: in general, the successive use of two Solutions instructed and therefore does not offer the advantages of the method according to the invention, especially since there is also no matching of the ratio of Si 02 to A12 O, permitted in adaptation to the given circumstances and desired effects, but is bound to the relationship present in the natural tone. It is also known solutions containing aluminum silicate to prevent the effects of frost To be used on cement or lime mortar, with solutions added to the mixing water which, in addition to large amounts of calcium chloride, only contain very small amounts of Alum and water glass included. This way of working does not allow the effects of the method according to the invention, namely a consolidation of soil formations to be achieved, since the Xon concentration of the precipitable solidifying substances is far too low is.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Aluminiumsilikatsole werden aus handelsüblichem Wasserglas und Aluminiumsalzlösungen hergestellt. Zur Verwendung gelangen im allgemeinen Sole, die ioo bis Zoo g Si02, mindestens jedoch Sog Si 02 im Liter enthalten. Man verfährt dabei so, daß entweder das vor Natur aus alkalische Wasserglas mit Aluminatlösungen vermischt oder aber angesäuerte Wasserglaslösung geeigneter Konzentration mit einer schwach sauren Aluminiumsalzlösung gemisch wird. Im ersteren Falle erhält man Sole mit einem über 7 liegenden pH-Wert, im zweiten Falle solche mit einem pH-Wert unter 7. Je nach den gegebenen Voraussetzungen und gewünschten Ergebnissen kann dadurch die Erstarrungsdauer in einem dem beabsichtigten Zweck entsprechenden Sinne beeinflußt werden.The aluminum silicate sols to be used according to the invention are made from commercially available water glass and aluminum salt solutions. For use In general, brine that reaches 100 to Zoo g Si02, but at least suction Si 02 contained in the liter. One proceeds in such a way that either the naturally alkaline Water glass mixed with aluminate solutions or acidified water glass solution suitable concentration is mixed with a weakly acidic aluminum salt solution. In the first case, brine with a pH value above 7 is obtained, in the second In the case of those with a pH value below 7. Depending on the given conditions and This can reduce the solidification time in one of the intended results Purpose appropriate senses are influenced.

Saure Sole erhält man ferner auch durch Ansäuern der obengenannten alkalischen Sole. Welches Verfahren für einen gegebenen Fall das günstigste ist, hängt von den für den speziellen Fall gestellten Bedingungen ab.Acid brine is also obtained by acidifying the above alkaline brine. Which method is the most favorable for a given case, depends on the conditions set for the specific case.

In einer stark kalkhaltigen Formation oder in einem mit Kalkmörtel erstellten Mauerwerk wird man z. B. vermeiden, mit stark sauren Solen zu arbeiten und schwach saure Sole bevorzugen. Ist in solchen Fällen aus bestimmten Gründen eine lange Erstarrun;gszeit erforderlich,. so wird man, da die Erstarrungszeit der hier beschriebenen Sole bei nur wenig unter oder nahe an 7 liegenden pH-Werten kurz ist, alkalische Sole verwenden, deren Erstarrungszeit beliebig lang eingestellt werden kann und die in dem zu verfestigenden Medium keine störenden Sekundärreaktionen hervorrufen.In a very calcareous formation or in one with lime mortar created masonry is z. B. avoid working with strongly acidic brines and weakly acidic brine. Is in such cases for certain reasons a long solidification period required. so one becomes, since the freezing time of the brine described here briefly at pH values only slightly below or close to 7 use alkaline brine, the solidification time of which can be set as long as desired can be and that in the medium to be solidified no disruptive secondary reactions cause.

Die Wahl der Erstarrungszeit wird von den technischen Bedingungen des Verfestigungsvorganges und vor allem von der Teufe der zu behandelnden Formation abhängen, derart, daß bei großen Teufen oder bei zeitraubenden Arbeitsvorgängen lange Erstarrungszeiten und bei flachliegenden Formationen und normalen Arbeitsbedingungen rasch erstarrende Sole bevorzugt werden.The choice of the solidification time depends on the technical conditions the solidification process and, above all, the depth of the formation to be treated depend, in such a way that at great depths or with time-consuming operations long solidification times and in flat-lying formations and normal working conditions rapidly solidifying brines are preferred.

Die Erstarrungszeiten können bei praktisch gleichbleibender Si 02 Konzentration, die je nach der gewünschten Festigkeit über Zoo g Si 02 je Liter liegen kann, durch den pH-Wert gesteuert und auf zwischen wenigen Minuten bis zu mehreren Tagen liegende Zeiten eingestellt werden. Bei pH-Werten unter 7 führt eine Erhöhung des pH-Wertes zu einer Verkürzung der Erstarrungszeit, bei über 7 liegenden pH-Werten steigt die Erstarrungszeit des Sols, wenn die S'02-Konzentration über ioo g/1 liegt. Bei niedrigeren. Si 02 Konzentrationen verläuft die Abhängigkeit bei diesen alkalischen Solen umgekehrt.The solidification times can with practically unchanged Si 02 Concentration, depending on the desired strength, about zoo g Si 02 per liter can lie, controlled by the pH and on between a few minutes up to Times lying several days can be set. At pH values below 7, a Increasing the pH value leads to a shortening of the solidification time, if it is above 7 pH values, the solidification time of the sol increases when the S'02 concentration exceeds ioo g / 1. At lower. Si 02 concentrations run the dependency the reverse is true for these alkaline sols.

Eine Beeinflussung .der Erstarrungszeit der Sole ist ferner durch Zusatz von Salzen, z. B. von Natriumchlorid, möglich. Bei Zusatz von Salz tritt eine .starke Verkürzung der Erstarrungszeit ein.The setting time of the brine is also influenced by Addition of salts, e.g. B. of sodium chloride, possible. With the addition of salt occurs a. strong reduction of the solidification time.

Eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Erstarrungszeit liegt in dem Si 02A12 0.-Verhältnis. Im allgemeinen bewirkt eine Erhöhung des Si 02 Ale 03 Verhältnisses eine Verkürzung der Erstarrungszeit, bei gleichzeitigem Zusatz von Salz kehrt sich jedoch :diese Funktion gelegentlich um. Das Verhältnis Si02 zu A120ä kann zwischen 2o : i und 5 : i liegen. "Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß die zu verwendenden Sole am Verwendungsort aus handelsüblichem Wasserglas, aus dem jeweils billigsten Aluminiumsalz, aus technischer Natronlauge bzw. technischer Schwefelsäure oder Salzsäure durch einfaches Mischen der auf die geeignete Konzentration eingestellten Lösungen hergestellt werden können. In manchen Fällen ist es möglich, Sole mit langen Erstarrungszeiten auch andernorts herzustellen und zum Verwendungsort zu transportieren. Beispiel i Ein aus 5o l konzentriertem, handelsüblichem Wasserglas, 61 Aluminiumchloridlösung mit 6oo g Al C13 * 6H20 je Liter hergestelltes Aluminiumsilikatsol wird mit 94l,Salzsäure i : 5 versetzt und ergibt ein Sol mit einem pH-Wert 5, das nach i2o Minuten zu einem harten Gel erstarrt. Dieses Sol wurde in eine Sandformation eingepreßt, die nach 2 Stunden zu einem sandsteinähnlichen Gebilde verfestigt war. Beispiel 2 Ein aus 35,21 konzentriertem, handelsüblichem Natronwasserglas, 61 Aluminiumchloridlösung mit 6oo g Al C13, 6H2 0 j e Liter und 141 12,5 n-Natronlauge und io,61 Wasser hergestelltes stark alkalisches Aluminiumsilikatsol hatte eine Erstarrungszeit von 2o Stunden. Es wurde in eine zwischen 2o und 25 m Teufe liegende Sandformation eingepreßt und verfestigte diese Formation zu einem sandsteinähnlichen Gebilde.Another possibility for influencing the solidification time is in the Si 02A12 0 ratio. In general, increasing the Si 02 results in ale 03 ratio a shortening of the solidification time, with simultaneous addition of salt, however, is reversed: this function is occasionally reversed. The ratio Si02 for A120ä can be between 2o: i and 5: i. "The inventive The method offers the advantage that the brine to be used is made at the place of use Commercially available water glass, made from the cheapest aluminum salt in each case, from technical Sodium hydroxide solution or technical sulfuric acid or hydrochloric acid by simply mixing the solutions adjusted to the appropriate concentration can be prepared. In some cases it is possible to use brine with long solidification times elsewhere manufacture and transport to the place of use. Example i One from 50 l concentrated, commercial water glass, 61 aluminum chloride solution with 6oo g Al C13 * 6H20 each Liter of produced aluminum silicate sol is mixed with 94 l of hydrochloric acid i: 5 and results in a sol with a pH value of 5, which solidifies to a hard gel after 12 minutes. This sol was pressed into a sand formation, which after 2 hours became a sandstone-like one Structure was solidified. Example 2 One of 35.21 concentrated, commercially available Soda water glass, 61 aluminum chloride solution with 6oo g Al C13, 6H2 0 j e liter and 141 12.5 N sodium hydroxide solution and io.61 water-produced strongly alkaline aluminum silicate sol had a setting time of 20 hours. It was cut in between 20 and 25 m Deeply lying sand formation pressed in and solidified this formation into one sandstone-like structures.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method of consolidating and sealing Soil formations and masonry with self-hardening aluminum silicate solutions and suspensions, characterized in that colloidal aluminum silicate solutions are used find that contain at least 50 g, preferably 100 to zoo g, S'02 per liter, where the concentration of the solution, the Si02 A1203 ratio and the pH of the adjusted in each case to the desired solidification time and the desired degree of solidification will.

2. The method according to claim i, characterized in that brine is used by adjusting to a pH a little below or close to 7 a have a short solidification time.

3. The method according to claim i, characterized in that that brine can be used, which can be achieved by adjusting to a pH above 7 for a long time Have solidification time.

4. The method according to claim i to 3, characterized in that the Si 02A12 03 ratio is between 5: i to 2o: i. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 236 335, 676 182; British Patent No. 532 189; USA. Patent Nos. 2,254,252, 2,313,107, 2,313 11o.